DE102016125695A1

DE102016125695A1 - Verfahren zum Betrieb eines EUV – Lithographiesystems zur Vermeidung des chemischen Angriffs von Komponenten des EUV – Lithographiesystems durch Wasserstoff

Info

Publication number: DE102016125695A1
Application number: DE102016125695.1A
Authority: DE
Inventors: Moritz Becker; Michiel Blauw; Michel van Putten
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; ASML Netherlands BV
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-01-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines EUV-Lithographiesystems mit mindestens einer EUV-Lichtquelle und mindestens einer Kammer (2a, 3a, 4a, 15, 16, 22), wobei in die mindestens eine Kammer EUV-Strahlung (7) von der EUV-Lichtquelle eingestrahlt wird und in der mindestens einen Kammer eine definierte Gasatmosphäre eingestellt wird, wobei die Gasatmosphäre in der mindestens einen Kammer Wasserstoff und/oder sauerstoffhaltiges Gas umfasst, wobei das sauerstoffhaltige Gas nur zu Zeiten in die mindestens eine Kammer eingeführt wird oder die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas in die mindestens eine Kammer zu Zeiten maximiert wird, in der keine EUV-Strahlung (7) in die Kammer eingestrahlt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines EUV-Lithographiesystems, bei welchem Komponenten, insbesondere siliziumhaltige Komponenten vor einem chemischen Angriff durch Wasserstoff geschützt werden.
STAND DER TECHNIK
Unter einem EUV(extrem ultraviolett)-Lithographiesystem wird im Sinne dieser Anmeldung ein optisches System für die EUV-Lithographie verstanden, d.h. ein optisches System, welches auf dem Gebiet der EUV-Lithographie eingesetzt werden kann und mit Strahlung im Wellenlängenspektrum des extrem ultravioletten Lichts (EUVL) betrieben werden kann, also beispielsweise mit Strahlung im Wellenlängenbereich von 10 bis 20 nm. Neben einer EUV-Lithographieanlage, welche zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dient, kann es sich bei dem optischen System beispielsweise um ein Inspektionssystem zur Inspektion einer in einer EUV-Lithographieanlage verwendeten Photomaske (im Folgenden auch Retikel genannt), zur Inspektion eines zu strukturierenden Halbleitersubstrats (im Folgenden auch Wafer genannt) oder um ein Metrologiesystem handeln, welches zur Vermessung einer EUV-Lithographieanlage oder von Teilen davon, beispielsweise zur Vermessung eines Projektionssystems, eingesetzt wird. In einem derartigen EUV-Lithographiesystem sind typischerweise reflektive optische Elemente, beispielsweise reflektive Mehrlagenspiegel, in einer Vakuum-Umgebung in einer bzw. in mehreren Gehäusen bzw. Kammern angeordnet.
Aus der WO 2004/104707 A2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen mindestens einer optischen Komponente bekannt geworden, bei denen ein Reaktionspartner, der für die Strahlung einer EUV-Strahlungsquelle im Wesentlichen transparent ist, in Abhängigkeit von den herrschenden Reaktionsbedingungen über eine Zuführungseinrichtung in eine Vakuum-Kammer eingelassen wird, um mit verschmutzenden Ablagerungen zum Zwecke von deren Beseitigung von der optischen Komponente chemisch zu reagieren. Bei dem Reaktionspartner kann es sich um eine wasserstoffhaltige Substanz handeln, die mit den Ablagerungen unter den herrschenden Reaktionsbedingungen ein flüchtiges Reaktionsprodukt bildet. Mit Ausnahme der optischen Komponenten können die übrigen Bestandteile einer Vakuum-Kammer durch lokale Zugabe zusätzlicher Reaktionsgase, z.B. von Sauerstoff oder von Wasserstoff, chemisch passiviert oder flüchtige in nicht flüchtige Substanzen überführt werden. Der Reaktionspartner z.B. in Form von molekularem Wasserstoff kann durch die Strahlung der EUV-Strahlungsquelle oder durch Bestrahlen mittels einer zusätzlichen Anregungseinrichtung in Radikale umgewandelt werden, um die Reinigungswirkung zu verstärken.
Wasserstoff kann in einem EUV-Lithographiesystem in molekularer Form auch als Spülgas bzw. als Inertgas eingesetzt werden. So ist es beispielsweise aus der WO 2008/034582 A2 der Anmelderin bekannt, eine lokale Einkapselung von kontaminationsgefährdeten Komponenten, insbesondere optischen Oberflächen, eines EUV-Lithographiesystems in Teilgehäuse mit begrenzten Teilvolumina (Mini-Environments) vorzunehmen, die mit einem Spülgas, z.B. mit Wasserstoff, gespült werden, um das Eindringen von kontaminierenden Stoffen aus der Umgebung des Teilgehäuses zu erschweren. Partikel, die innerhalb des Mini-Environments freigesetzt werden, können mit dem Spülgasstrom mitgenommen und über einen Auslass in die Umgebung transportiert werden. Auch der als Spülgas verwendete Wasserstoff ist jedoch der EUV-Strahlung ausgesetzt und kann in Radikale umgewandelt und insbesondere ionisiert werden.
Ionisierter Wasserstoff bildet zusammen mit weiteren ionisierten Spezies sowie mit Elektronen ein Plasma in der Restgas-Atmosphäre des EUV-Lithographiesystems, das nachfolgend als Wasserstoff-Plasma bezeichnet wird. Die Plasmadichte sowie die Energie der Wasserstoff-Ionen bzw. der Wasserstoff-Radikale nehmen mit zunehmender Leistung der EUV-Strahlung zu. Neben den weiter oben angesprochenen positiven Effekten durch die Reinigungswirkung des Wasserstoff-Plasmas hinsichtlich Kohlenstoff- bzw. Kohlenwasserstoff-Kontaminationen hat das von der EUV-Strahlung erzeugte Wasserstoff-Plasma auch negative Effekte.
Ein Wasserstoff-Plasma reagiert beispielsweise beim Kontakt mit in der Vakuum-Umgebung angeordneten Komponenten, die bestimmte kritische Materialien aufweisen, insbesondere Silizium oder Metalle wie Zinn oder Zink, zu leicht flüchtigen bzw. volatilen Wasserstoff- oder Hydrid-Verbindungen oder Hydrid-Komplexen (im Folgenden: Hydride), die in die Vakuum-Umgebung ausgegast werden. Die ausgegasten Hydride können sich als kontaminierende Stoffe an den optischen Oberflächen von optischen Elementen anlagern und mit den dort vorhandenen Materialien zu schwer flüchtigen chemischen Verbindungen wie z.B. Metall-Legierungen reagieren. Die aufgrund des Wasserstoff-Plasmas ausgegasten und an den optischen Oberflächen abgelagerten kontaminierenden Stoffe sind in der Regel weitaus schwerer von den optischen Oberflächen zu entfernen als sonstige typischerweise auftretende Verunreinigungen, z.B. in Form von Kohlenwasserstoffverbindungen. Die optischen Elemente büßen aufgrund der Ablagerungen in Form von Hydriden typischerweise zumindest teilweise ihre Funktionsfähigkeit ein. Insbesondere kann die Reflektivität der optischen Elemente abnehmen, wodurch sich der Durchsatz des EUV-Lithographiesystems, beispielsweise einer EUV-Lithographieanlage, verringert. Außerdem können die Komponenten, deren Bestandteile durch den Wasserstoff angegriffen werden, aufgrund des Materialverlusts ihre Eigenschaft und Funktionen einbüßen, sodass auch dadurch eine Beeinträchtigung des Betriebs von EUV-Lithographiesystemen gegeben sein kann.
Beispielsweise weisen Substrat-Materialien für optische Elemente für EUV-Lithographiesysteme aufgrund der extrem hohen Anforderungen an geometrische Toleranzen und Stabilität typischer Weise einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten („coefficient of thermal expansion", CTE) auf. Eine erste Materialgruppe, welche die hohen Anforderungen an den CTE erfüllt, sind dotierte Silikatgläser, z.B. mit Titandioxid dotiertes Silikat- bzw. Quarzglas. Ein solches auf dem Markt erhältliches Silikatglas wird von der Fa. Corning Inc. unter dem Handelsnamen ULE^® (Ultra Low Expansion glass) vertrieben. Eine zweite Materialgruppe, die als Substrate für EUV-Spiegel geeignet sind, stellen Glaskeramiken dar, bei denen das Verhältnis der Kristallphase zur (SiO₂ enthaltenden) Glasphase so eingestellt wird, dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Phasen in einem bestimmten Temperaturbereich nahezu aufheben. Solche Glaskeramiken werden z.B. unter den Handelsnamen Zerodur^® von der Fa. Schott AG bzw. unter dem Handelsnamen Clearceram^® von der Fa. Ohara Inc. angeboten. Die optischen Elemente zur Verwendung in der EUV-Lithographie enthalten somit typischerweise Silizium in Form einer Silizium-Verbindung, üblicherweise in Form von SiO₂.
Das Substrat eines reflektierenden optischen Elements weist typischer Weise eine umlaufende Seitenfläche sowie ein Bereich an der Vorderseite und an der Rückseite auf, die zumindest in einem Teilbereich nicht beschichtet sind und daher eine Grenzfläche zur Vakuum-Umgebung bzw. Wasserstoff-Atmosphäre bilden, so dass durch den Kontakt mit einem dort vorhandenen Wasserstoff-Plasma Silane gebildet werden können. Die optische Oberfläche, an welcher sich die Silane anlagern können, ist in diesem Fall an der beschichteten Oberseite des Substrats und somit in unmittelbarer Nähe zu der Silizium enthaltenden Oberfläche angeordnet.
Aus dem Dokument WO 2016/055330 A1 ist ein EUV-Lithographiesystem und ein Verfahren zum Betrieb eines EUV-Lithographiesystems bekannt, bei welchen zur Vermeidung eines chemischen Angriffs von siliziumhaltigen Komponenten durch Wasserstoff und Bildung von flüchtigen Komponenten bzw. zur Vermeidung von Ablagerungen von kontaminierenden Stoffen Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltige Gase in die Wasserstoff-Atmosphäre zugefügt werden. Zwar kann durch die Zugabe von Sauerstoff in die wasserstoffhaltige Atmosphäre bzw. durch Zugabe von sauerstoffhaltigen Gasen die Bildung von flüchtigen Wasserstoffverbindungen vermieden bzw. begrenzt werden, aber durch die Zugabe von Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigen Gasen können Komponenten des EUV-Lithographiesystems durch Oxidation beschädigt werden. Beispielsweise kann der Sauerstoff eine an einer optischen Oberfläche vorgesehene Deckschicht oxidieren, die zum Schutz eines reflektierenden Mehrlagen-Systems eines optischen Elements dient. Auch eine Oxidation des Mehrlagen-Systems bzw. einzelner Schichten des Mehrlagen-Systems ist möglich.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Betrieb eines EUV-Lithographiesystems bereitzustellen, bei welchem der chemische Angriff von Komponenten des EUV-Lithographiesystems und insbesondere von siliziumhaltigen Komponenten des EUV-Lithographiesystems durch Wasserstoff vermieden bzw. verringert werden kann.
GEGENSTAND DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Betrieb eines EUV-Lithographiesystems vor, bei welchem lediglich zeitweilig sauerstoffhaltiges Gas in eine entsprechende Kammer eines EUV-Lithographiesystems eingeführt oder in der Konzentration erhöht wird, um lediglich für einen begrenzten Zeitraum zur Passivierung von Komponenten bereit zu stehen, die durch die wasserstoffhaltige Atmosphäre in der entsprechenden Kammer chemisch angegriffen werden können. Die zeitliche Begrenzung der Sauerstoffzufuhr bzw. der Erhöhung der Sauerstoffzufuhr wird zudem auf Zeiträume festgelegt, bei denen keine EUV-Strahlung in die Kammer eingestrahlt wird, in der die Wasserstoffatmosphäre und die entsprechenden Komponenten, die durch den Wasserstoff angegriffen werden können, enthalten sind. Durch die zeitlich begrenzte Bereitstellung des sauerstoffhaltigen Gases bzw. Erhöhung von dessen Konzentration insbesondere zu Zeitpunkten, an denen keine EUV-Strahlung in die entsprechende Kammer eingestrahlt wird, kann vermieden werden, dass es zu einer unerwünschten Oxidation von Komponenten des EUV-Lithographiesystems kommt. Insbesondere kann das sauerstoffhaltige Gas zu Zeitpunkten in eine entsprechende Kammer eines EUV-Lithographiesystems eingeführt oder in der Konzentration erhöht werden, wenn die EUV-Lichtquelle gewartet wird oder in Belichtungspausen.
Das sauerstoffhaltige Gas kann insbesondere für eine Zeitdauer von weniger oder gleich 2 Minuten, insbesondere weniger oder gleich 60 Sekunden, vorzugsweise weniger oder gleich 30 Sekunden und höchst vorzugsweise weniger oder gleich 10 Sekunden in die entsprechende Kammer des EUV-Lithographiesystems eingeführt werden oder über einen Schwellwert erhöht werden.
Bei der Zufuhr von Sauerstoff bzw. bei der verstärkten Zufuhr von Sauerstoff kann der Sauerstoffpartialdruck des zugeführten sauerstoffhaltigen Gases kleiner oder gleich 1 × 10^–2 mbar, insbesondere kleiner oder gleich 1 × 10^–3 mbar, vorzugsweise im Bereich von 1 × 10^–7 mbar bis 1 × 10^–2 mbar oder 1 × 10^–3 mbar sein.
Vorzugsweise kann die Zeitdauer und der Partialdruck des in die entsprechende Kammer eingeführten, sauerstoffhaltigen Gases während eines Zyklus einer Zufuhr oder einer Erhöhung der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases so gewählt werden, dass die Sauerstoffdosis größer oder gleich 100 Langmuir, insbesondere größer oder gleich 1000 Langmuir, vorzugsweise größere gleich 3000 Langmuir ist.
Die Häufigkeit der Sauerstoff-Dosierung kann abhängig von den Plasmabedingungen der gefährdeten Komponente, z.B. am jeweiligen Si-haltigen Bauteil, d.h. abhängig von Quellleistung, H₂-Partialdruck und Einbauort geregelt werden. Unterschiedliche Bereiche des EUV-Lithographiesystems können daher mit voneinander abweichenden Sauerstoffdosen und Dosierungsintervallen geschützt werden. Bevorzugt richten sich die Sauerstoff-Dosis und / oder das Intervall zwischen den Sauerstoff-Dosierungen an den vorhandenen Betriebspausen, d.h. Belichtungspausen der EUV-Quelle aus. Da mit einem kürzeren Intervall eine geringere Dosierung- und damit eine kürzere Zeit für die Dosierung, während der keine Belichtung erfolgen darf-einhergeht, lässt sich darüber die Einschränkung der Nutzung des EUV-Lithographiesystems, d.h. der Produktivität, minimieren.
Die EUV-Strahlung kann vorzugsweise erst nach einer bestimmten Zeitdauer nach Beendigung des Einleitens des sauerstoffhaltigen Gases oder des Überschreitens einer maximalen Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases oder nach dem Unterschreiten eines Grenzwertes der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases in die entsprechende Kammer eingestrahlt werden, sodass sichergestellt wird, dass der Sauerstoffgehalt unter einen kritischen Wert abgesenkt worden ist.
Während der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases oder der Erhöhung der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases in eine entsprechende Kammer können in der Kammer weiterhin Bestandteile der Gasatmosphäre vorliegen, die auch während der EUV-Bestrahlung vorliegt. Entsprechend kann das sauerstoffhaltige Gas zusätzlich zu dem oder den Gasen in die Kammer eingeführt oder die Zufuhr erhöht werden, die während der EUV-Bestrahlung in der Kammer vorliegen. Alternativ ist es auch möglich, das Gas, das während der EUV-Bestrahlung in der Kammer vorgesehen ist, für die Sauerstoffbehandlung aus der Kammer abzupumpen und durch das sauerstoffhaltige Gas zu ersetzen. Ist beispielsweise während der EUV-Bestrahlung in der Kammer eine Wasserstoff-Atmosphäre eingestellt, so kann zusätzlich zu dem Wasserstoff sauerstoffhaltiges Gas eingeführt werden. Alternativ ist es möglich den Wasserstoff möglichst weitgehend aus der Kammer zu entfernen und durch das sauerstoffhaltige Gas zu ersetzen, wobei entweder einfach die Wasserstoff-Zufuhr gestoppt werden kann, solange sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, oder vor der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases kann die wasserstoffhaltige Atmosphäre evakuiert werden. Entsprechendes gilt für die Erhöhung der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases.
Das sauerstoffhaltige Gas kann durch Sauerstoff, Wasserdampf, (gereinigte) Luft sowie Mischungen von Sauerstoff mit anderen Gasen gebildet sein. Insbesondere kann der Sauerstoff in einem Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff vorliegen, wobei der Stickstoffgehalt bei 98 Vol.% und der Sauerstoffgehalt bei 2 Vol.% liegen kann. Der Sauerstoff kann in dem zugeführten Gas auch in Form einer chemischen Verbindung vorliegen. Beispielsweise kann es sich bei dem sauerstoffhaltigen Gas um Wasserdampf (H₂0) handeln.
Ein entsprechendes EUV-Lithographiesystem kann mehrere verschiedene Kammern aufweisen, in denen wasserstoffhaltige Atmosphären eingestellt werden. Zur Sauerstoffbehandlung der darin enthaltenen Komponenten mit einer Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases oder der Erhöhung der Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases während EUV-Belichtungspausen kann in jeder der entsprechenden Kammern eine entsprechende Zufuhr oder Erhöhung der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases vorgenommen werden, wobei die Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases für jede Kammer separat gesteuert werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
1a eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage mit einer Mehrzahl von optischen Elementen, die in Kammern zur Einstellung einer definierten Atmosphäre angeordnet sind,
1b ein Detail eines optischen Elements, welches eine auf einem Substrat aufgebrachte reflektierende Mehrlagen-Beschichtung aufweist,
1c ein Detail einer in einem Gehäuse eines Projektionssystems angeordneten Vakuum-Kammer der EUV-Lithographieanlage aus 1a und in
2 eine Darstellung des Verlaufs der Partialdrücke von Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in einer Kammer während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die resultierende Sauerstoffdosis.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Kennzeichen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
In 1a ist schematisch ein EUV-Lithographiesystem 1 in Form einer EUV-Lithographieanlage gezeigt, welches ein Strahlerzeugungssystem 2, ein Beleuchtungssystem 3 und ein Projektionssystem 4 aufweist, die in separaten Gehäusen 2a, 3a, 4a untergebracht und aufeinander folgend in einem von einer EUV-Lichtquelle 5 des Strahlerzeugungssystems 2 ausgehenden Strahlengang 6 der von der EUV-Lichtquelle 5 erzeugten EUV-Strahlung 7 angeordnet sind.
Als EUV-Lichtquelle 5 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron dienen. Die aus der Lichtquelle 5 austretende Strahlung, die bei einer Betriebswellenlänge λ_B ein Intensitäts-Maximum aufweist, das im vorliegenden Beispiel bei ca. 13,5 nm liegt, wird mit Hilfe eines Kollimator-Spiegels 8 gebündelt, um die Energiedichte weiter zu erhöhen. Die im Strahlerzeugungssystem 2 im Hinblick auf ihre räumliche Verteilung behandelte EUV-Strahlung 7 wird in das Beleuchtungssystem 3 eingeführt, welches ein erstes und zweites reflektives optisches Element 9, 10 aufweist. Die beiden reflektiven optischen Elemente 9, 10 leiten die Strahlung auf eine Photomaske 11 (Retikel) als weiteres reflektives optisches Element, welches eine Struktur aufweist, die mittels des Projektionssystems 4 in verkleinertem Maßstab auf einen Wafer 12 abgebildet wird. Hierzu sind ein erstes und zweites reflektives optisches Element 13, 14 im Projektionssystem 4 vorgesehen. Die Maske 11 ist in einem mit dem Beleuchtungssystem 3 und dem Projektionssystem 4 über Durchtrittsöffnungen zum Durchtritt des EUV-Strahlengangs 6 verbundenen Vakuum-Gehäuse 15 angeordnet. Auch der Wafer 12 ist in einem eigenen, mit dem Projektionssystem 4 verbundenen Gehäuse 16 untergebracht. Es versteht sich, dass sowohl die Anzahl der optischen Elemente in den einzelnen Systemen 2, 3, 4 sowie deren Anordnung nur beispielhaft zu verstehen ist und dass in einer EUV-Lithographieanlage 1 sowohl die Anzahl als auch die Anordnung der optischen Elemente sich von der in 1 gezeigten EUV-Lithographieanlage 1 unterscheiden können.
Die reflektiven optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 13, 14 weisen jeweils eine optische Oberfläche 8a, 9a, 10a, 11a, 13a, 14a auf, die der EUV-Strahlung 7 der Lichtquelle 5 ausgesetzt ist. Die reflektiven optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 13, 14 sind in einer Vakuum-Umgebung 17 der EUV-Lithographieanlage 1 angeordnet, in der typischer Weise ein Gesamtdruck p_G zwischen ca. 0,001 mbar und ca. 1 mbar herrscht.
Die reflektiven optischen Elemente 8, 9, 10, 11, 13, 14 sind im gezeigten Beispiel jeweils mit einer für die EUV-Strahlung 7 reflektierenden Mehrlagen-Beschichtung versehen. 1b zeigt beispielhaft den Aufbau des ersten optischen Elements 13 im Projektionssystem 4. Das erste optische Element 13 weist ein Substrat 18 auf, welches im gezeigten Beispiel aus mit Titandioxid dotiertem Quarzglas (ULE^®) gebildet ist. Das Substrat 18 kann alternativ auch aus anderen Materialien gebildet sein, die bei der Betriebstemperatur des optischen Elements 13 einen besonders niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, beispielsweise aus einer Glaskeramik wie z.B. Zerodur^® etc.
Auf das Substrat 18 ist eine für die EUV-Strahlung 7 reflektive Mehrlagen-Beschichtung 19 aufgebracht, die eine Anzahl von Schichtpaaren 20 mit alternierenden Schichten aus einem hoch brechenden Schichtmaterial 20a und einem niedrig brechenden Schichtmaterial 20b aufweist. Wird EUV-Strahlung 7 bei einer Betriebswellenlänge im Bereich von λ_Β = 13,5 nm verwendet, so bestehen die Einzelschichten üblicherweise aus Molybdän und Silizium. In Abhängigkeit von der verwendeten Betriebswellenlänge λ_Β sind andere Materialkombinationen wie z.B. Molybdän und Beryllium, Ruthenium und Beryllium oder Lanthan und B₄C ebenfalls möglich. Zusätzlich zu den Einzelschichten weist die reflektive Beschichtung 19 in der Regel Zwischenschichten zur Verhinderung von Diffusion (so genannte Barriere-Schichten) auf. An der Oberseite der reflektierenden Beschichtung 19 ist eine Deckschicht 21 aufgebracht, welche die darunter liegenden Schichtpaare 20 vor Oxidation bzw. vor Korrosion schützen soll, beispielsweise wenn das reflektive optische Element 13 mittels eines Wasserstoff-Plasmas gereinigt wird. Bei dem Material der Deckschicht 21 kann es sich beispielsweise um Ir, Rh, Ru, Pt oder Pd handeln.
Im gezeigten Beispiel sind das erste und das zweite optische Element 13, 14 des Projektionssystems 4 in einer gemeinsamen Vakuum-Kammer 22 untergebracht, die im Innenraum 4b des Projektionssystems 4 angeordnet ist. Die Vakuum-Kammer 22 ist im Detail in 1c dargestellt und weist einen Auslass 23 auf, der das Innere der Vakuum-Kammer 22 mit dem Innenraum 4b des Gehäuses 4a des Projektionssystems 4 verbindet. Mit Hilfe der in dem Innenraum 4b des Gehäuses 4a angeordneten Vakuum-Kammer 22 wird der Strahlengang zwischen den beiden optischen Elementen 13, 14 gekapselt, d.h. von dem Innenraum 4b des Gehäuses 4a abgetrennt. Die in 1c gezeigte Vakuum-Kammer 22 weist eine erste Öffnung 24a auf, über die der EUV-Strahlengang 6 bzw. die EUV-Strahlung 7 in die Vakuum-Kammer 22 eintritt, sowie eine zweite Öffnung 24b, durch die der EUV-Strahlengang 6 bzw. die EUV-Strahlung 7 die Vakuum-Kammer 22 verlässt. Im gezeigten Beispiel steht die in 1a, c gezeigte Vakuum-Kammer 22 sowohl an der ersten Öffnung 24a als auch an der zweiten Öffnung 24b mit einer weiteren, in 1a nicht bildlich dargestellten Vakuum-Kammer in Verbindung, um im Wesentlichen den gesamten EUV-Strahlengang 6 von den jeweiligen Innenräumen 2b, 3b, 4b des Strahlerzeugungssystems 2, des Beleuchtungssystems 3 und des Projektionssystems 4 abzukapseln.
Bei der in 1c gezeigten Vakuum-Kammer 22 wird eine Verbindung zwischen dem Innenraum 4b des Gehäuses 4a und dem Inneren der Vakuum-Kammer 22, in welcher der EUV-Strahlengang 6 verläuft, somit nicht über die Öffnungen 24a, 24b, sondern lediglich über den Auslass 23 hergestellt. Wie in 1c zu erkennen ist, mündet eine Austrittsöffnung 26a einer Zuführungsleitung 25a zur Zuführung eines Spülgases, im gezeigten Beispiel in Form von Wasserstoff H₂ in die Vakuum-Kammer 22. Zusätzlich wird über die Zuführungsleitung 25a auch molekularer Sauerstoff 0₂ in das Innere der Vakuum-Kammer 22 eingeleitet. Die Zuführungsleitung 25a ist mit einer zentralen Zuführungseinrichtung 27 verbunden, welche sowohl den als Spülgas verwendeten Wasserstoff H₂ als auch den Sauerstoff O₂ bereitstellt. Im gezeigten Beispiel weist die Zuführungseinrichtung 27 eine Dosiereinrichtung 28 auf, um den Sauerstoff O₂ mit einer vorgegebenen Flussrate (mbar I/s) dem Wasserstoff H₂ zuzumischen, um an dem ersten optischen Element 13, genauer gesagt an dessen optischer Oberfläche 13a, einen vorgegebenen Sauerstoff-Partialdruck p0₂ zu erreichen bzw. einzustellen, der typischer Weise in einem Intervall zwischen einem minimalen Wert von 1 × 10^–7 mbar und einem maximalen Wert von 1 × 10^–2 mbar liegen sollte. Durch die Dosiereinrichtung 28 kann der Zufluss an Sauerstoff zeitlich variiert werden, sodass gemäß der Erfindung in Zeiten, in denen keine EUV-Strahlung auf die optische Oberfläche 13a des optischen Elements 13 auftrifft, der Anteil an Sauerstoff an dem zugeführten Gas erhöht werden kann. Zu Zeiten, in denen EUV-Strahlung auf die optische Oberfläche 13a des optischen Elements 13 auftrifft, wird jedoch die kontrollierte Sauerstoff-Zufuhr reduziert oder gänzlich ausgeschaltet. Alternativ kann auch die Wasserstoff-Zufuhr durch die Sauerstoff-Zufuhr ersetzt werden, sodass zu den Zeiten, in denen Sauerstoff zugeführt wird, kein Wasserstoff in die Kammer 22 eingeführt wird. Zu diesem Zweck können statt einer einzigen Zuführleitung 25a mehrere separate Zuführleitungen für die verschiedenen Gase, wie Wasserstoff und Sauerstoff, vorgesehen sein.
Der als Spülgas dienende, in das Innere der Vakuum-Kammer 22 eingeleitete Wasserstoff H₂ sowie der Sauerstoff O₂ treten über den Auslass 23 in das Innere des Gehäuses 4b des Projektionssystems 4 ein und werden dort über (nicht gezeigte) Saugeinrichtungen bzw. Vakuum-Pumpen abgesaugt. Der Wasserstoff H₂ befindet sich im Inneren der Vakuum-Kammer 22 teilweise auch innerhalb des EUV-Strahlengangs 6 und wird von der hochenergetischen EUV-Strahlung 7 angeregt bzw. ionisiert, so dass dieser zumindest teilweise in Form eines Wasserstoff-Plasmas vorliegt. Der Wasserstoff H₂ in Form des Wasserstoff-Plasmas kommt mit den Silizium enthaltenden Oberflächen 18a, 18b des ersten und zweiten optischen Elements 13, 14 in Kontakt und führt zu einem chemischen Ätzen des Siliziums, bei dem leicht flüchtige Silane als Reaktionsprodukte gebildet werden. Wie in 2 gezeigt ist, wird durch die Einstellung eines Sauerstoff-Partialdrucks ρ0₂ an den Silizium enthaltenden Oberflächen 18a, 18b die Bildung von Silan reduziert, wobei durch die nur zeitweilige Erhöhung der Sauerstoff-Konzentration in der Kammer 22 die Oxidation von anderen Bereichen des optischen Elements 13 bzw. 14 vermieden bzw. minimiert wird.
Da an den Silizium enthaltenden Oberflächen 18a, 18b aufgrund des dort vorhandenen Sauerstoffs O₂ weniger Silan gebildet wird, nimmt auch die Deposition von Silan (SiH) an der optischen Oberfläche 13a, genauer gesagt an dem Material der dort vorhandenen Deckschicht 21 ab. Das Vorhandensein von Sauerstoff O₂ an der optischen Oberfläche 13a trägt zusätzlich dazu bei, dass sich nur ein sehr geringer Anteil an Siliziumverbindungen an der optischen Oberfläche 13a abscheidet.
Es versteht sich, dass der Sauerstoff O₂ auch an anderen Stellen als in der Vakuum-Kammer 22 der EUV-Lithographieanlage 1 zugeführt werden kann. Bei dem in 1a gezeigten Beispiel ist die Zuführungseinrichtung 27 auch zur Zuführung von Sauerstoff O₂ in den Innenraum 4b des Gehäuses 4a des Projektionssystems 4 ausgebildet und weist zu diesem Zweck eine zweite Zuführungsleitung 25b mit einer zweiten Austrittsöffnung 26b auf, die unmittelbar vor einer in der Vakuum-Umgebung 17 angeordneten Komponente 29 positioniert ist, die sich nicht im Strahlengang 6 der EUV-Strahlung 7 befindet. Bei der Komponente 29 kann es sich beispielsweise um ein Quarzglas-Fenster handeln, welches zum Schutz z.B. eines optischen Sensors oder eines anderen Bauteils dient. Die Komponente 29 in Form des Quarzglas-Fensters weist ebenfalls eine Silizium enthaltende Oberfläche 29a auf, die mit Wasserstoff in Kontakt kommen kann, der z.B. über den Auslass 23 der Vakuum-Kammer 22 in den Innenraum 4b austritt und ggf. noch immer reaktiv bzw. ionisiert ist.
Durch die Anordnung der zweiten Austrittsöffnung 26b vor der nicht im Strahlengang 6 positionierten Komponente 29 und die Ausrichtung der Normalen-Richtung der zweiten Austrittsöffnung 26b senkrecht zu der Silizium enthaltenden Oberfläche 29a kann der Sauerstoff O₂ entlang einer Sichtlinie 33 zu der Komponente 29 hin austreten, d.h. der entlang der Mittelachse der zweiten Austrittsöffnung 26b austretende Sauerstoff O₂ trifft entlang der Sichtlinie 33 direkt auf die Oberfläche 29a der Komponente 29. Auch bei dieser Anordnung kann durch eine zeitliche Variation der Sauerstoff-Zufuhr der Sauerstoffgehalt in der Kammer bzw. dem Gehäuse 4a minimiert werden.
Es versteht sich, dass auch die erste Austrittsöffnung 26a der ersten Zuführungsleitung 25a, welche den Sauerstoff O₂ gemeinsam mit dem Wasserstoff H₂ in die Vakuum-Kammer 22 zuführt, auf eines der beiden dort vorhandenen optischen Elemente 13, 14 ausgerichtet sein kann, so dass der Sauerstoff O₂ entlang einer Sichtlinie auf die jeweilige optische Oberfläche 13a, 14a bzw. auf die Silizium enthaltenden Oberflächen 18a, 18b des Substrats 18 austreten kann.
Es versteht sich des Weiteren, dass eine gezielte Sauerstoffzufuhr auch in die Gehäuse 15 und 16 erfolgen kann, um dort z.B. an der Maske 11 oder weiteren sich darin befindenden Si-haltigen Bauteilen wie Komponenten der Reticle-Stage (nicht gezeigt) ein Ätzen von Si zu unterdrücken.
Im gezeigten Beispiel wird molekularer Sauerstoff O₂ eingebracht. Es versteht sich, dass ein geeigneter Sauerstoff-Partialdruck ρ0₂ auch erzeugt werden kann, wenn andere Sauerstoff enthaltende Gase bzw. Gasgemische verwendet werden, beispielsweise wenn der Sauerstoff O₂ in gereinigter Luft enthalten ist, die von der Zuführungseinrichtung 27 bereitgestellt wird. Auch kann der Sauerstoff O₂ ggf. in Form einer gasförmigen Verbindung, beispielsweise in Form von Wasserdampf, in die Vakuum-Umgebung 17 eingebracht werden.
Es versteht sich, dass auch in den Innenraum 3b des Gehäuses 3a des Beleuchtungssystems 3 und/oder in den Innenraum 2b des Gehäuses 2a des Strahlerzeugungssystems 2 Sauerstoff O₂ eingeleitet werden kann.
Um den Übertritt von Zinn sowie von weiteren kontaminierenden Stoffen vom Strahlerzeugungssystem 2 in das Beleuchtungssystem 3 zu verhindern, ist – wie in 1a zu erkennen ist – zwischen den beiden zugehörigen Gehäusen 2a, 3a ein röhrenförmiger Kanal 34 gebildet, der im gezeigten Beispiel eine konische Geometrie aufweist. Die Geometrie des röhrenförmigen Kanals 34 ist an den Verlauf des Strahlengangs 6 der EUV-Strahlung 7 im Bereich zwischen den beiden Gehäusen 2a, 3a angepasst, der einen Zwischenfokus ZF im Bereich des Eintritts in das Beleuchtungssystem 3 aufweist. Anders als in 1 dargestellt ist, umschließt der röhrenförmige Kanal 34 den Strahlengang der EUV-Strahlung 7 in geringem Abstand, um die Querschnittsfläche, durch welche kontaminierende Stoffe ggf. hindurchtreten können, möglichst klein zu halten.
Wie in 1 zu erkennen ist, weist die Zuführungseinrichtung 27 eine dritte Zuführungsleitung 25c mit einer dritten Austrittsöffnung 26c auf, über die dem röhrenförmigen Kanal 34 seitlich ein Spülgas, beispielsweise in Form von Wasserstoff H₂, zugeführt wird. Ein Teil des Spülgases kann an einer der Austrittsöffnung 26c gegenüber liegenden, nicht bildlich dargestellten Auffangöffnung aufgefangen werden, die in der Seitenwand des röhrenförmigen Kanals 34 gebildet ist, der das Gehäuse 2a des Strahlerzeugungssystems 2 vom Gehäuse 3a des Beleuchtungssystems 3 trennt. Auch über die dritte Zuführungsleitung 25c bzw. über die zugehörige Austrittsöffnung 26c kann Sauerstoff O₂ in die Vakuum-Umgebung 17 zugeführt werden, um einen Sauerstoff-Partialdruck p0₂ innerhalb des weiter oben angegebenen Bereichs an in der Vakuum-Umgebung 17 vorhandenen, Silizium enthaltenden Oberflächen und/oder an den optischen Oberflächen von optischen Elementen zu erzeugen. Insbesondere kann der in 1a gezeigte röhrenförmige Kanal 34 zwischen zwei in den jeweiligen Gehäusen 2a, 3a angeordneten, nicht bildlich dargestellten Vakuum-Kammern angeordnet sein, die, wie die in 1c gezeigte Vakuum-Kammer 22, dazu dienen, den Strahlengang 6 der EUV-Strahlung 7 zu kapseln.
Mit Hilfe der Dosiereinrichtung 28 kann der zeitliche Verlauf der Sauerstoff-Zufuhr gesteuert werden. Wie in der 2 dargestellt ist, kann zu bestimmten Zeiten, wenn die EUV-Lichtquelle abgeschaltet ist und keine EUV-Strahlung 7 in der EUV-Lithographieanlage vorliegt, für eine bestimmte Zeitdauer Sauerstoff zugegeben werden. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel wird der Sauerstoff in Form eines Sauerstoff-Stickstoff-Gemisches zugeführt, wobei der Anteil an Sauerstoff in dem Gemisch bei 2 Vol.% liegt, während der Anteil an Stickstoff bei 98 Vol.% liegt. Durch den geringen Sauerstoffgehalt des Gemisches kann die Gefahr einer Knallgasreaktion mit dem vorhandenen Wasserstoff ausgeschlossen werden. Der Wasserstoffpartialdruck wird, wie in der 2 dargestellt ist, zeitlich konstant gehalten, sodass lediglich während der Belichtungspause der Sauerstoffgehalt erhöht wird. Die gepunktete Linie zeigt die Sauerstoffdosis die entsprechend in die Kammer eingebracht worden ist. Bei einer alternativen Durchführung des Verfahrens kann auch der Wasserstoffpartialdruck während der Sauerstoff-Zugabe reduziert werden oder es kann vollständig auf die Wasserstoffzufuhr verzichtet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung die Kombination der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004/104707 A2 [0003]
WO 2008/034582 A2 [0004]
WO 2016/055330 A1 [0009]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines EUV-Lithographiesystems mit mindestens einer EUV-Lichtquelle und mindestens einer Kammer (2a, 3a, 4a, 15, 16, 22), wobei in die mindestens eine Kammer EUV-Strahlung (7) von der EUV-Lichtquelle eingestrahlt wird und in der mindestens einen Kammer eine definierte Gasatmosphäre eingestellt wird, wobei die Gasatmosphäre in der mindestens einen Kammer Wasserstoff und/oder sauerstoffhaltiges Gas umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas nur zu Zeiten in die mindestens eine Kammer eingeführt wird oder die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas in die mindestens eine Kammer zu Zeiten maximiert wird, in der keine EUV-Strahlung (7) in die Kammer eingestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas nur für eine Zeitdauer von weniger oder gleich 2 Minuten, insbesondere weniger oder gleich 60 Sekunden, vorzugsweise weniger oder gleich 30 Sekunden und höchst vorzugsweise weniger oder gleich 10 Sekunden in die mindestens eine Kammer (2a, 3a, 4a, 15, 16, 22) eingeführt oder über einen Schwellwert erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas mit einem Partialdruck kleiner oder gleich 1·10^–2 mbar, insbesondere kleiner oder gleich 1 × 10^–3 mbar, vorzugsweise im Bereich von 1 × 10^–7 mbar bis 1 × 10^–2 mbar oder 1 × 10^–3 mbar in die mindestens eine Kammer (2a, 3a, 4a, 15, 16, 22) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer und der Partialdruck des in die mindestens eine Kammer (2a, 3a, 4a, 15, 16, 22) eingeführten sauerstoffhaltigen Gases während eines Zyklus einer Zufuhr oder Erhöhung der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases so gewählt wird, dass die Sauerstoffdosis größer oder gleich 100 L, insbesondere größer oder gleich 1000 L, vorzugsweise größer oder gleich 3000 L ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die EUV-Strahlung (7) erst nach einer bestimmten Zeitdauer nach Beendigung des Einleitens des sauerstoffhaltigen Gases oder des Überschreitens einer maximalen Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases oder nach dem Unterschreitens eines Grenzwertes der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases in die mindestens eine Kammer (2a, 3a, 4a, 15, 16, 22) eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas zusätzlich zu und/oder statt des Gases in die mindestens eine Kammer eingeleitet wird, welches während der Einstrahlung von EUV-Strahlung (7) in der mindestens einen Kammer (2a, 3a, 4a, 15, 16, 22) anwesend ist und/oder eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr anderer Gase während der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases oder während der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases über einem Schwellwert gestoppt oder verringert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas aus der Gruppe ausgewählt ist, die Sauerstoff, Luft, gereinigte Luft, eine Mischung von Luft und einem oder mehreren anderen Gasen, insbesondere Stickstoff, insbesondere mit 98 Vol.% Stickstoff und 2 Vol.% Sauerstoff und Mischungen daraus umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sauerstoffhaltiges Gas in mehrere Kammern eingeleitet und/oder die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas in diese variiert wird, wobei die Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases für eine oder mehrere Kammern separat gesteuert wird.